基于折返能力分析的城市軌道交通運(yùn)行效率優(yōu)化分析
——以南寧地鐵2號(hào)線為例

陳建球 龐彥知

（南寧學(xué)院交通學(xué)院 廣西·南寧 530200）

1 城市軌道交通運(yùn)行效率及影響因素

城市軌道交通運(yùn)行效率的界定，就是在單位時(shí)間內(nèi)列車運(yùn)行越快越多，即單位時(shí)間最大的運(yùn)輸能力。隨著地鐵線網(wǎng)的建設(shè)，客流量不斷上升，市民對(duì)運(yùn)行效率的要求是越來(lái)越高，而影響運(yùn)行效率的因素有：線路本身、行車方法（閉塞方式）、折返能力等，而如何通過(guò)運(yùn)用有限的線路資源提高運(yùn)行效率已成為如今地鐵運(yùn)營(yíng)普遍存在的問(wèn)題。本文主要研究基于折返能力的運(yùn)行效率提升。

2 南寧地鐵2號(hào)線折返站分析

南寧地鐵2號(hào)線主線的折返站共有7座，分布都比較均勻，其中玉洞站和建設(shè)路站為站后單折返線結(jié)構(gòu)，石柱嶺站和火車站站為站前單渡線結(jié)構(gòu)，秀廂站和福建園站為站后雙折返線結(jié)構(gòu)，西津站為混合折返線結(jié)構(gòu)，且與安吉車輛段出入場(chǎng)線連接。下面以玉洞站、石柱嶺站、秀廂站、西津站為例進(jìn)行說(shuō)明。

玉洞站為站后單折返線結(jié)構(gòu)，為島式站臺(tái)車站，是2號(hào)線主線終點(diǎn)折返站，與二期線路連接后，玉洞站有可能成為后期2號(hào)線重要的中途折返站，在后期實(shí)行大小交路時(shí)部分列車可以考慮在此站進(jìn)行折返作業(yè)，重點(diǎn)緩解2號(hào)線主線的客流高峰時(shí)的壓力，玉洞站站線如圖1所示。

圖1：玉洞站站線示意圖

石柱嶺站為站前單渡線折返結(jié)構(gòu)，為島式站臺(tái)車站，大客流突發(fā)時(shí)，可作為臨時(shí)大小交路時(shí)的折返車站來(lái)使用，但在高密度行車時(shí)不適合使用，會(huì)存在進(jìn)路沖突等問(wèn)題。石柱嶺站站線結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2：石柱嶺站站線結(jié)構(gòu)示意圖

秀廂站為站后雙折返線結(jié)構(gòu)，為島式站臺(tái)車站，雙折返線有折返和存車兩種功能。秀廂站是現(xiàn)在重要的中途折返站，具有兩條存車線，可根據(jù)早晚客流高峰期的變化，可以提前存入的備用車，然后臨時(shí)加開(kāi)列車來(lái)緩解大客流；如果有列車出現(xiàn)故障或意外等特殊情況，存車線也可以為臨時(shí)搶修和列車替換提供條件。秀廂站的站線結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3：秀廂站的站線結(jié)構(gòu)示意圖

西津站為混合折返線結(jié)構(gòu)，站前為單渡線折返結(jié)構(gòu)，站后為單折返線結(jié)構(gòu)，還為島式站臺(tái)結(jié)構(gòu)，作為線路一端的終點(diǎn)站，與安吉車倆段相連接，具有站前折返、站后折返和出入車廠等功能。正常情況下，列車均采用站后的折返方式進(jìn)行折返，除非列車出現(xiàn)故障或乘客意外事件等特殊情況導(dǎo)致前后車之間的運(yùn)行間距突然拉大，這時(shí)可以改用站前折返的方式，來(lái)減少折返時(shí)間，來(lái)彌補(bǔ)前后列車的運(yùn)行間距，縮小折返周期。西津站的站線結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4：西津站的站線結(jié)構(gòu)示意圖

因西津站為混合折返站，場(chǎng)景全面，因此本文以西津站為例進(jìn)行站前折返及站后折返優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)。

3 優(yōu)化措施方案設(shè)計(jì)

3.1 南寧地鐵2號(hào)線終點(diǎn)站折返

西津站是混合折返站，具有站前單渡線和站后單折返線兩種折返方式。

（1）站前單渡線折返。

從上圖5分析列車站前單渡線折返過(guò)程，列車1從A點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)行至下行（ⅡG）站臺(tái)ED，停站作業(yè)內(nèi)辦理反方向的折返進(jìn)路；停站作業(yè)后由下行站臺(tái)出發(fā)開(kāi)始折返運(yùn)行，當(dāng)列車1全部出清F點(diǎn)后，系統(tǒng)馬上排列A-D的進(jìn)路，信號(hào)機(jī)A開(kāi)放黃燈，這之后列車2到達(dá)A點(diǎn)才不會(huì)受到列車1的影響。

圖5：站前單渡線折返示意圖

折返時(shí)間包括了列車進(jìn)站時(shí)間、站臺(tái)作業(yè)時(shí)間(司機(jī)交接作業(yè)、組織乘客上下車作業(yè)、開(kāi)關(guān)門(mén)作業(yè)、列車換向作業(yè)、排出站進(jìn)路等環(huán)節(jié))、排進(jìn)路時(shí)間和列車出站時(shí)間。站前單渡線折返時(shí)間可以用計(jì)算公式（3-1）表示：

式中T折反時(shí)間—列車折返所需的時(shí)間；

T進(jìn)—列車進(jìn)入站臺(tái)區(qū)域時(shí)間；

T作業(yè)—列車在站臺(tái)作業(yè)時(shí)間；

T出清—列車出清站臺(tái)區(qū)域的時(shí)間；

T進(jìn)路—列車等待系統(tǒng)排列進(jìn)路的時(shí)間；

T響應(yīng)—ATC響應(yīng)及設(shè)備延遲時(shí)間。

根據(jù)以上計(jì)算式子，設(shè)列車進(jìn)站時(shí)間為45秒；站臺(tái)作業(yè)時(shí)間為60秒；出清站臺(tái)區(qū)域時(shí)間為20秒；排進(jìn)路時(shí)間為13秒；ATC響應(yīng)及延遲時(shí)間為3秒。

得出：T折反時(shí)間=45+60+20+13+3=141 秒。

折返能力可由計(jì)算公式（3-2）表示：

得出：T折反能力=3600/141=25.53 列/小時(shí)。

由于列車2進(jìn)站與列車1還未出清站臺(tái)區(qū)域時(shí)存在進(jìn)路沖突，所以，進(jìn)站的列車2必須等待前行列車1完成整個(gè)折返作業(yè)過(guò)程后，才能排列進(jìn)路進(jìn)站，這在折返效率上就產(chǎn)生了較大的制約。站前折返進(jìn)路沖突如圖6所示。

圖6：站前進(jìn)路沖突示意圖

（2）站后折返。

西津站站后折返結(jié)構(gòu)如上圖7所示，站后折返作業(yè)具體又可劃分為三個(gè)子過(guò)程：接車作業(yè)、進(jìn)出折返線作業(yè)、發(fā)車作業(yè)。

圖7：西津站站后折返示意圖

（1）接車作業(yè)：以列車2車尾部離開(kāi)B點(diǎn)，進(jìn)路、信號(hào)均已開(kāi)放完成開(kāi)始計(jì)時(shí)。列車3接車作業(yè)具體步驟如下：

①進(jìn)站信號(hào)開(kāi)放，列車3由ⅡG駛?cè)胲囌荆谡九_(tái)區(qū)域停車；

②列車3辦理上行站臺(tái)作業(yè)；

③列車3起動(dòng)至列車尾部離開(kāi)B點(diǎn)；

④列車3尾部離開(kāi)B點(diǎn)后，解鎖及辦理后續(xù)列車的進(jìn)路并開(kāi)放進(jìn)站信號(hào)，ATC響應(yīng)及延遲。

站后接車時(shí)間可用計(jì)算公式（3-3）表示：

根據(jù)以上計(jì)算式子，設(shè)進(jìn)上行站時(shí)間為36秒；停站時(shí)間為60秒；出清B點(diǎn)時(shí)間為23秒；排進(jìn)路時(shí)間13秒；ATC響應(yīng)及延遲時(shí)間為3秒。

得出：T接車=36+60+23+13+3=135秒。

（2）折返作業(yè)：以列車1車尾部離開(kāi)M點(diǎn)，進(jìn)路、信號(hào)均已開(kāi)放完成時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。列車2折返作業(yè)具體步驟如下：

①列車2由B點(diǎn)駛?cè)胝鄯稻€并停穩(wěn)；

②列車2等待進(jìn)路信號(hào)開(kāi)放；

③列車2走行至尾部離開(kāi)M點(diǎn)；

④列車2尾部離開(kāi)M點(diǎn)后，解鎖及辦理進(jìn)路并開(kāi)放進(jìn)入折返線的信號(hào)，ATC響應(yīng)及延遲。

站后折返時(shí)間可用計(jì)算公式（3-4）表示：

根據(jù)以上計(jì)算式子，設(shè)進(jìn)折返線的時(shí)間為22秒；換向作業(yè)時(shí)間為10秒；出折返線時(shí)間為34秒；排進(jìn)路時(shí)間為13秒；ATC響應(yīng)及延遲時(shí)間為3秒。

得出：T折返=22+10+34+13+3=82秒。

（3）發(fā)車作業(yè)：以前車車尾部離開(kāi)H點(diǎn)出清下行站臺(tái)區(qū)域后，進(jìn)路、信號(hào)均已開(kāi)放完成時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。列車1發(fā)車作業(yè)步驟具體如下：

①列車1由M點(diǎn)駛?cè)擘馟進(jìn)入車站，在下行站臺(tái)區(qū)域停穩(wěn)；

②列車1辦理下行站臺(tái)作業(yè)；

③列車1起動(dòng)至列車尾部離開(kāi)H點(diǎn)；

④列車1尾部離開(kāi)H點(diǎn)出清后，解鎖及辦理進(jìn)路并開(kāi)放信號(hào)，ATC響應(yīng)及延遲。

站后發(fā)車時(shí)間可用計(jì)算公式（3-5）表示：

根據(jù)以上計(jì)算式子，設(shè)進(jìn)下行站時(shí)間為14秒；停站時(shí)間為60秒；出清H點(diǎn)時(shí)間為19秒；排進(jìn)路時(shí)間為13秒；ATC響應(yīng)及延遲時(shí)間為3秒。

得出：T發(fā)車=14+60+19+13+3=109秒。

雖然列車1(前車)尾部離開(kāi)H點(diǎn)就可以開(kāi)啟信號(hào)，進(jìn)行下一個(gè)作業(yè)過(guò)程循環(huán)了，但受控于信號(hào)控制系統(tǒng)的制約，此時(shí)列車2(后車)需要在折返線上停車待發(fā)，并不能剛好就駛至M點(diǎn)。實(shí)際情況是，為保證每個(gè)進(jìn)路的安全、無(wú)沖突，在列車1車尾部離開(kāi)H點(diǎn)，且開(kāi)放信號(hào)后，列車2才排列出折返線的進(jìn)路并發(fā)車。這一段時(shí)間，即是關(guān)聯(lián)作業(yè)時(shí)間。

修正發(fā)車間隔為：T發(fā)車修正=T發(fā)車+T發(fā)車關(guān)聯(lián)；

得出：=109+34=143秒。

修正折返間隔為：T折返修正=T折返+T折返關(guān)聯(lián)；

得出：T折返修正=82+23=105 秒。

修正接車時(shí)間為：T接車修正=T接車；得出：T接車修正=135 秒；所以取三者最大值時(shí)間為最小折返間隔時(shí)間，T最小折返間隔=143秒，折返能力可由4.1.1小節(jié)計(jì)算公式（3-2）表示：N折返能力=3600/T折返；站后折返能力得：N站后折返=3600/143=25.17 列/小時(shí)。

3.2 終點(diǎn)站折返過(guò)程優(yōu)化方案

（1）站前折返優(yōu)化。

如圖5所示，在A-G增加信號(hào)設(shè)備，使得列車2在等待前車列車1出站時(shí)，本來(lái)在A點(diǎn)前等待進(jìn)站，改為可以在G點(diǎn)前等待進(jìn)站，縮短了最小行車間隔，減少了折返時(shí)間。設(shè)A-G列車走行所需時(shí)間為15秒。

得出：T站前折返優(yōu)化=141-15=126 秒；折返能力可由公式（3-2）表示 N站前折返優(yōu)化=3600/126=28.57 列/小時(shí)。

站后折返改造前與改造后對(duì)比可由表1表示：

表1：站前折返改造前后對(duì)比

（2）站后折返優(yōu)化。

如圖7所示，在G-M增加信號(hào)設(shè)備，使得在H-G有列車1占用的情況下，提前開(kāi)放D-G的進(jìn)路，讓列車2車頭可以行駛至G點(diǎn)前，減少了關(guān)聯(lián)作業(yè)時(shí)間，縮短了發(fā)車作業(yè)時(shí)間。

T發(fā)車修正優(yōu)化=143-34=109 秒；T折返修正=105 秒；T接車車修=135 秒；取三者最大值時(shí)間為最小折返間隔時(shí)間，T最小折返間隔=135秒；折返能力可由公式（3-2）表示N站后折返優(yōu)化=3600/135=26.66列/小時(shí)。

站后折返改造前與改造后對(duì)比可由表2表示：

表2：站后折返改造前后對(duì)比

通過(guò)以上方案可得出，保證安全的前提下，站前折返行車間隔從141秒優(yōu)化減少為126秒；站后折返行車間隔從143秒優(yōu)化減少為135秒，從而達(dá)到優(yōu)化目的。

4 結(jié)論

本文以南寧地鐵2號(hào)線折返站為例，著重折返步驟及計(jì)算方法，合理設(shè)定數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算出最小行車間距和折返能力，分析計(jì)算過(guò)程，在折返線路上增加信號(hào)設(shè)備來(lái)提前開(kāi)放進(jìn)路，減少折返時(shí)所等待的時(shí)間，消除關(guān)聯(lián)時(shí)間，來(lái)優(yōu)化折返過(guò)程，從而提高了折返效率，提高了南寧地鐵2號(hào)線的運(yùn)行效率。